JP6152039B2 - ロータリジョイント - Google Patents

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Description

本発明は、ロータリジョイントに関するものであり、特にメカニカルシールを備えているロータリジョイントに関するものである。
ロータリジョイントは、固定側部材の流路と回転側部材の流路とを接続するために用いられている。例えば、半導体ウエハの表面研磨処理を行うためにＣＭＰ装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ装置）が用いられており、このＣＭＰ装置では、回転側部材（ターンテーブル又はトップリング）と、これを支持する固定側部材（ＣＭＰ装置本体）との間を、研磨液、加圧用空気、洗浄水、純水、エアーブロー用空気、研磨残渣液等の流体が流れる。このような流体が混ざることなく前記回転側部材と前記固定側部材との間を流れるために、これら部材間を接続するジョイント部には、独立した流体通路が複数必要である。そこで、このようなジョイント部として、例えば特許文献１に開示されている多ポート式のロータリジョイントが用いられる。
図１３は、従来のロータリジョイントの断面図である。このロータリジョイントは、筒形のケース体８０と、このケース体８０内に回転可能として設けられている軸体８３と、これらケース体８０と軸体８３との間の空間８４に設けられている複数のメカニカルシール８６とを備えている。メカニカルシール８６は、ケース体８０に取り付けられている第一密封環９１と、軸体８３と一体回転する第二密封環９２と、複数のコイルスプリング９７とを有している。そして、このロータリジョイントには複数の独立した流体通路８５が設けられている。
軸体８３は、軸本体８７と、この軸本体８７に外嵌しているスリーブ８９とを有している。スリーブ８９は、メカニカルシール８６の第二密封環９２と、軸方向に沿って交互に配置されている。そして、押し付け部材９０がボルト９０ａによって軸本体８７に締め付けられることにより、スリーブ８９及び第二密封環９２は軸方向に押し付けられる。この押し付け部材９０の押し付け力により、第二密封環９２とスリーブ８９とを相互に押し付けた状態とし、相互間の摩擦力によって全てのスリーブ８９及び第二密封環９２が、軸本体８７と一体回転可能となる。
ケース体８０には、外周側及び内周側で開口する第一流路８１が形成されている。そして、軸本体８７及びスリーブ８９を含む軸体８３には、外周側で開口する第二流路８２が形成されている。なお、軸本体８７に、前記第二流路８２の一部となる流路孔８７ａが形成されており、スリーブ８９の軸方向中央部に、前記第二流路８２の他部となる貫通孔８８が形成されている。この貫通孔８８は、流路孔８７ａと繋がっており、第二流路８２の外周側の開口孔となる。
また、軸本体８７とスリーブ８９と第二密封環９２との間にＯリング９３が設けられており、各第二流路８２を流れる流体が他の流路へ浸入したり外部へ漏れたりするのを防いでいる。
一つの第一流路８１と一つの第二流路８２とは、軸方向同じ高さ位置で開口しており、これら第一流路８１と第二流路８２とにより一つの独立した流体通路８５が構成される。このために、前記空間８４にメカニカルシール８６が設けられている。すなわち、スリーブ８９の径方向外側であってそのスリーブ８９を挟んで隣り合う第二密封環９２，９２の間に、メカニカルシール８６の第一密封環９１，９１が設けられており、これら第一密封環９１，９１同士の間には、第二流路８２（貫通孔８８）と第一流路８１とを繋ぐ環状の流路９６が形成されている。
メカニカルシール８６が有するコイルスプリング９７は、第二密封環９２に対して第一密封環９１を軸方向に向かって押し付けており、第一密封環９１が、その軸方向隣に位置する第二密封環９２に接触し、この接触している面の間から流体が漏れるのを防止する。つまり、第一密封環９１の軸方向側面の一部が第一シール面９１ａとなり、第二密封環９２の環状側面の一部が、この第一シール面９１ａと摺接する第二シール面９２ａとなる。なお、これら第一シール面９１ａと第二シール面９２ａとの間には、密封対象とする流体の一部が浸入し、この流体によってシール面９１ａ，９２ａ間に潤滑膜が形成され、潤滑効果を得ている。
以上の構成により、ケース体８０に対して、軸本体８７、スリーブ８９、及び第二密封環９２は一体となって回転可能となり、回転する第二密封環９２が、静止側となる第一密封環９１に摺接してメカニカルシール８６としての機能が発揮され、これにより、独立した流体通路８５を形成することができる。
特開２００７−３２１８２７号公報
前記構成を有するロータリジョイントを、長期にわたって使用していると、第一密封環９１のシール面９１ａと第二密封環９２のシール面９２ａとの摺接によって、これらシール面９１ａ,９２ａが磨かれ、やがて、シール面９１ａ,９２ａの面精度（例えば、平坦度）が高くなる。
この場合、シール面９１ａ,９２ａ間において、両者が吸着することがあり潤滑に寄与することのできる流体が浸入できず、潤滑膜が形成されにくくなり、第一密封環９１と第二密封環９２との間の摺動抵抗（摺動トルク）が想定外に大きくなることがある。特に、密封環９１，９２の材質を比較的硬質な素材（シリコンカーバイドや超硬合金等）とした場合、前記のような吸着が生じやすくなり、摺動抵抗が想定外に大きくなりやすい。
第一密封環９１は、その一部に設けられている爪部（凹部）９４等に、ケース体８０に固定のドライブピン９５を係合させることによって、ケース体８０に回り止めされているが、前記のように第一密封環９１と第二密封環９２との間の摺動抵抗が大きくなって、第一密封環９１が第二密封環９２と供回りしようとすると、回り止めのための前記爪部９４等が破損するおそれがある。
また、これとは反対に、第二密封環９２の回転が第一密封環９１によって抑制されると、第二密封環９２とスリーブ８９との間が摺動して、スリーブ８９の端面８９ａを摩耗させたり破損させたりするおそれがあり、また、第二密封環９２とＯリング９３との間が摺動してＯリング９３を損傷させるおそれがある。なお、このような摺動抵抗の増大は、周速度（回転速度）が比較的小さい場合に起こりやすい。
そこで、本発明の目的は、メカニカルシールにおける第一密封環と第二密封環との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することが可能となるロータリジョイントを提供することにある。
（１）本発明は、内周側で開口する第一流路が形成されている筒形のケース体、前記ケース体内に相対回転可能として設けられ外周側で開口する第二流路が形成されている軸体、及び前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間に設けられ当該環状空間を区画して前記第一流路と前記第二流路とを繋ぐ流路を形成するためのメカニカルシールを有し、前記メカニカルシールは、前記ケース体に取り付けられていると共に環状の第一シール面を軸方向の一方側に有する第一密封環、前記軸体に取り付けられていると共に前記第一シール面に摺接する環状の第二シール面を有する第二密封環、及び前記第一密封環に沿って周方向に複数設けられ当該第一密封環に軸方向力を与えて前記第一シール面を前記第二シール面に対して押し付ける複数の弾性部材を備え、前記複数の弾性部材は、周方向に連続して並ぶ所定数の前記弾性部材により構成されるグループに複数区分され、前記第一密封環には、当該グループに属する前記弾性部材の軸方向力によって生じるひずみが大きくなる第一領域と、前記第一領域よりもひずみが小さくなる第二領域とが、周方向に沿って交互に存在していることを特徴とする。
本発明によれば、使用状態にあるメカニカルシールの第一密封環において、周方向に連続して並ぶ所定数の弾性部材の軸方向力によって生じるひずみが大きくなる第一領域と、この第一領域よりもひずみが小さくなる第二領域とが、周方向に沿って交互に存在していることから、第一密封環の第一シール面に微小な凹凸が形成され（第一シール面が適度に波打ち）、第一密封環の第一シール面と第二密封環の第二シール面との間に僅かな隙間が部分的に生じ、その隙間に流体が浸入することで潤滑膜が形成されやすくなり、潤滑性能が向上する。このため、第一密封環と第二密封環との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することができ、他の部材に想定外の負荷が作用して当該他の部材が破損する等の不具合の発生を防ぐことが可能となる。
（２）また、前記（１）のロータリジョイントが有するメカニカルシールにおいて、周方向で隣り合う前記グループの間には、前記弾性部材が存在しない不存在区間が介在することにより、前記第一領域と前記第二領域とが、前記第一密封環において周方向に沿って交互に存在しているのが好ましい。
この場合、各グループに属する弾性部材の軸方向力によって第一密封環の第一領域でひずみを大きくさせ、弾性部材が存在していない不存在区間によって第一密封環の第二領域でひずみを小さくさせる（ひずみをほとんど生じさせないようにする）ことができる。
（３）更に、前記（２）の場合において、前記各グループに属する前記弾性部材の周方向ピッチは、前記複数の弾性部材を周方向に沿って等間隔で配置したと仮定した場合における当該弾性部材の周方向ピッチよりも小さく設定されているのが好ましい。
この場合、各グループにおいて弾性部材を集中して配置することができ、弾性部材が存在するグループの区間と、弾性部材が存在しない不存在区間とを明確に区分けすることができる。つまり、第一領域と第二領域とを明確にして前記潤滑膜が形成されやすい構成をより一層効果的に得ることが可能となる。
（４）また、前記（１）のロータリジョイントが有するメカニカルシールにおいて、前記複数の弾性部材は周方向に沿って等間隔で配置されており、前記所定数の弾性部材による総軸方向力が強い前記グループと、前記所定数の弾性部材による総軸方向力が弱い前記グループと、が周方向に沿って交互に配置されていることにより、前記第一領域と前記第二領域とが、前記第一密封環において周方向に沿って交互に存在しているのが好ましい。
この場合、総軸方向力が強いグループに属する弾性部材によって第一密封環の第一領域でひずみを大きくさせ、総軸方向力が弱いグループに属する弾性部材によって第一密封環の第二領域でひずみを小さくさせることができる。
（５）また、前記の各ロータリジョイントのメカニカルシールによれば、複数の弾性部材によって生じる第二密封環（第二シール面）に対する第一密封環（第一シール面）の押し付け力は周方向に不均一となる。しかし、前記第一領域と前記第二領域とが、第一密封環において周方向に沿って交互に存在していると共に、前記各グループに含まれる前記弾性部材の数は同じであることから、全体として力のバランスがとれたメカニカルシールが得られる。
（６）また、前記複数の弾性部材は、２以上４以下のグループに区分されているのが好ましい。グループの数が４を超えると、ひずみが大きくなる第一領域の影響が、ひずみが小さくなるべき第二領域へ及んで第二領域でのひずみが大きくなる傾向にあり、第一密封環の第一シール面に微小な凹凸が形成されにくく（第一シール面が波打ち形状となりにくく）、第一密封環の第一シール面と第二密封環の第二シール面との間に、効果的な隙間（部分隙間）が生じ難くなる。
本発明によれば、メカニカルシールにおいて、第一密封環にひずみを与えることで、第一密封環の第一シール面と第二密封環の第二シール面との間に僅かな隙間が部分的に生じ、その隙間に流体が浸入することで潤滑膜が形成されやすくなり、潤滑性能が向上する。このため、第一密封環と第二密封環との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することができ、例えば、他の部材に想定外の負荷が作用して当該部材が破損する等の不具合の発生を防ぐことが可能となる。
本発明のロータリジョイントを示す縦断面図である。 軸本体に外嵌するスリーブの説明図であり、（Ａ）は軸方向（正面）から見た図であり、（Ｂ）は側面から見た断面図である。 最も上に位置するメカニカルシール及びその周囲を示す断面図である。 コイルスプリングの配置（その１）を説明する説明図であり、メカニカルシールを軸方向から見た場合の図である。 第一密封環を軸方向から見た概略図である。 コイルスプリングの配置（その１の変形例）を説明する説明図であり、メカニカルシールを軸方向から見た場合の図である。 図６の場合の第一密封環を軸方向から見た概略図である。 コイルスプリングの配置（その１の別の変形例）を説明する説明図であり、メカニカルシールを軸方向から見た場合の図である。 図８の場合の第一密封環を軸方向から見た概略図である。 コイルスプリングの配置（その２）を説明する説明図であり、メカニカルシールを軸方向から見た場合の図である。 図１０の場合の第一密封環を軸方向から見た概略図である。 従来のメカニカルシールが有するコイルスプリングの配置を説明する説明図であり、メカニカルシールを軸方向から見た場合の図である。 従来のロータリジョイントを示す縦断面図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。
〔全体構成について〕
図１は、本発明のロータリジョイント１を示す縦断面図である。このロータリジョイント１（以下、ジョイント１ともいう。）は、回転機器の固定側部材（例えば、ＣＭＰ装置本体）に取り付けられる筒形のケース体２と、この回転機器の回転側部材（例えば、ＣＭＰ装置のトップリング又はターンテーブル）に取り付けられる軸体５とを備えている。なお、ジョイント１の姿勢は、図１に示す姿勢以外であってもよいが、本実施形態では、図１に示す上側をジョイント１の「上」とし、下側をジョイント１の「下」とする。また、本発明において、軸方向とは、ロータリジョイント１の中心線に沿った方向（この中心線に平行な方向も含む）であり、ケース体２、軸体５、及び後述するメカニカルシール７それぞれの中心線は、このロータリジョイント１の中心線と一致するようにして構成されている。
ジョイント１には、Ｎ個（Ｎ＝２以上の整数であり、図例ではＮ＝４）の流体通路１０８が形成されている。各流体通路１０８は、ケース体２に設けられている一つの第一流路１３３と、軸体５に設けられている一つの第二流路１１８とが繋がって構成される。一つの流体通路１０８は、他の流体通路１０８と独立して設けられており、これら流体通路１０８それぞれを流れる流体が、他の流体通路１０８を流れる流体と混ざることがないように、メカニカルシール７が軸体５に沿ってＮ個設けられている。
〔ケース体２について〕
ケース体２は、上下の端部フランジ１３０，１３１と、これら端部フランジ１３０，１３１間に設けられているＮ個の流路フランジ１３２とを有している。これらフランジ１３０，１３１，１３２は円環状であり、ボルト１０９によって連結固定されており、ケース体２は、全体として筒形の構造体となる。隣り合う流路フランジ１３２，１３２の間、及び、隣り合う端部フランジ１３０（１３１）と流路フランジ１３２との間には、それぞれＯリング１０６が設けられている。
流路フランジ１３２それぞれは、軸方向の寸法が大きい環状の本体部１３６と、この本体部１３６よりも軸方向寸法が小さく本体部１３６から径方向内側へ突出している突出部１３５とを有している。そして、各流路フランジ１３２に、径方向に貫通する第一流路１３３が形成されている。第一流路１３３は、内周側と外周側とで開口しており、本実施形態では、外周側の開口部が、前記固定側部材の複数の配管それぞれが接続される接続ポートとなる。以上より、ケース体２には、第一流路１３３が複数形成された構成となる。
〔軸体５について〕
軸体５は、上下方向に長い直線状の軸本体１１０と、この軸本体１１０に外嵌する筒形のスリーブ１１１とを有している。軸本体１０には、スリーブ１１１の他に、メカニカルシール７が備えている円環形の第二密封環１２が外嵌しており、スリーブ１１１と第二密封環１２とは、軸方向に沿って交互に配置されている。スリーブ１１１は、Ｎ個設けられており、第二密封環１２は、Ｎ＋１個設けられている。そして、軸本体１１０の上部には、押し付け部材１１４がボルト１３４によって固定されている。
軸本体１１０の下部側（軸方向一方側）には直径が大きくなっている大径部１１９が設けられている。この大径部１１９は、軸本体１１０に外嵌するスリーブ１１１、及び第二密封環１２が下側へ移動するのを規制する。
また、軸本体１１０内には、Ｎ本の流路孔１４２が形成されており、これら流路孔１４２それぞれは軸本体１１０の外周面で開口しており、しかも、軸方向（上下方向）で異なる高さ位置で開口している。流路孔１４２の他方側は軸本体１１０の端面（下端面）で開口しており、この端面の開口に、前記回転側部材の複数の配管それぞれが接続される。
図２は、軸本体１１０に外嵌するスリーブ１１１の説明図であり、（Ａ）は軸方向（正面）から見た図であり、（Ｂ）は側面から見た断面図である。なお、図２（Ｂ）において、第二密封環１２を二点鎖線で示している。スリーブ１１１には、複数（図例では３つ）の貫通孔１１２が周方向等間隔で形成されており、また、これら貫通孔１１２は、軸方向同じ位置に形成されている。また、スリーブ１１１の径方向内側には、軸本体１１０の外周面１１０ａとの間に環状の隙間１３９を形成しており、各貫通孔１１２は、この環状の隙間１３９と繋がっている。また、この環状の隙間１３９は、軸本体１１０の流路孔１４２と繋がっている。
そして、軸本体１１０内の一つの流路孔１４２と、一つのスリーブ１１１内の環状の隙間１３９と、そのスリーブ１１１の複数の貫通孔１１２とにより、一つの第二流路１１８が構成される。さらに、図２（Ｂ）に示すように、軸本体１１０とスリーブ１１１と第二密封環１２との間に、Ｏリング１１７が設けられており、各第二流路１１８を流れる流体が他の流路へ浸入したり外部へ漏れたりするのを防いでいる。なお、図１に示すように、最も上に位置するスリーブ１１１には、上下二つのＯリング１１７が設けられている。
以上より、軸体５には、外周側で開口する第二流路１１８がＮ本形成された構成となり、スリーブ１１１に形成されている各貫通孔１１２は、第二流路１１８の外周側開口孔となる。そして、これら第二流路１１８それぞれは、ケース体２の内周側に向かって開口しており、しかも、軸方向（上下方向）で異なる位置で開口している。
軸本体１１０及びスリーブ１１１を含む軸体５と、メカニカルシール７の第二密封環１２との組立構造について説明する。図２において、第二密封環１２は、その軸方向両側に環状の側面（環状側面１１６，１１６）を有しており、各環状側面１１６には、スリーブ１１１の端面１１３が接触し、スリーブ１１１は、第二密封環１２，１２間のスペーサとして機能する。
図１において、押し付け部材１１４は、ボルト１３４によって軸本体１１０に対して軸方向に締め付けられる有底円筒状の部材であり、押し付け部材１１４が締め付けられることにより、全てのスリーブ１１１及び第二密封環１２を、軸本体１１０の大径部１１９に向かって軸方向に押し付けている。なお、押し付け部材１１４による、押し付け力（軸方向の締め付け力）は、周方向で均等となる。この押し付け力により、第二密封環１２にスリーブ１１１が押し付けられた状態となり、全てのスリーブ１１１及び第二密封環１２を、軸本体１１０と一体とすることができ、相互間の摩擦力によって全てのスリーブ１１１及び第二密封環１２を、軸本体１０と一体回転可能とする。
押し付け部材１１４と端部フランジ１３０との間に転がり軸受１２０が設けられており、軸本体１１０の大径部１１９と端部フランジ１３１との間に転がり軸受１２１が設けられている。これにより、スリーブ１１１及び軸本体１１０を含む軸体５は、第二密封環１２と共に、ケース体２に対して回転可能となる。
上側の端部フランジ１３０と最も上側の第二密封環１２との間に、シール部材（オイルシール）１２２が設けられており、また、下側の端部フランジ１３１と最も下側の第二密封環１２との間に、シール部材（オイルシール）１２３が設けられている。ケース体２と軸体５との間には、環状空間Ａが形成されており、この環状空間Ａにおいて、シール部材１２２，１２３の間に密封空間が形成されている。
〔メカニカルシール７について〕
前記のとおり、ケース体２と軸体５との間には環状空間Ａが形成されており、この環状空間Ａにメカニカルシール７が設けられている。メカニカルシール７は、軸体５に沿ってＮ個並べて設けられている。本実施形態のジョイント１は、メカニカルシール７をシリアル方向（直列方向）に複数個配置した多流路ロータリジョイントとなる。
各メカニカルシール７は、一つの第一流路１３３と一つの第二流路１１８とにより一つの流体通路１０８を構成するために設けられている。なお、複数のメカニカルシール７それぞれの機能は同様であり、ここでは、最も上に位置するメカニカルシール７を代表として説明する。図３は、最も上に位置するメカニカルシール７及びその周囲を示す断面図である。
一つのスリーブ１１１と一つの流路フランジ１３２とが径方向に対向した配置となっており、スリーブ１１１で開口する第二流路１１８と、流路フランジ１３２の内周側で開口する第一流路１３３とは、軸方向でほぼ同じ位置で開口している。そして、これらの間に一つのメカニカルシール７が設けられている。
メカニカルシール７は、第一密封環１１、第二密封環１２、及び弾性部材としてコイルスプリング１３を有している。前記のとおり、第二密封環１２は軸本体１１０と一体回転することから、この第二密封環１２は、メカニカルシール７の回転環（回転側密封環）となる。これに対して、第一密封環１１は、ケース体２と共に静止した状態となり、メカニカルシール７の静止環（静止側密封環）となる。
第二密封環１２は環状の部材からなり、上下それぞれの環状側面１１６は、押し付け部材１１４（図１参照）による押し付け力が作用する前の状態で、ロータリジョイント１の中心線に直交する平面（水平面）に沿った円環面からなる。
第一密封環１１は上下一対で一組とされ、この一組の第一密封環１１，１１が、一つのメカニカルシール７の構成部材となる。各第一密封環１１は、ケース体２に回り止めされている。本実施形態では、流路フランジ１３２には軸方向に延びるピン１３７が固定されており、第一密封環１１の一部に、このピン１３７を周方向両側から挟む爪部（凹部）１３８が形成されている。爪部１３８がピン１３７に周方向両側から当接することで、第一密封環１１は回り止めされる。
一組の第一密封環１１，１１は、スリーブ１１１の径方向外側であってこのスリーブ１１１を上下挟んで隣り合う第二密封環１２，１２の間に設けられている。前記のとおり、第二密封環１２の環状側面１１６の一部（内径側の一部）には、スリーブ１１１の軸方向端面１１３が接触している。そして、この環状側面１１６の他部（外径側の他部）に、第一密封環１１が接触している。つまり、一組の第一密封環１１，１１は、環状の第一シール面２１，２１を有しており、これら第一シール面２１，２１は、その軸方向両側（上下）に存在している第二密封環１２，１２の環状側面１１６，１１６の他部（外径側の他部）に接触する。そして、第二密封環１２は、前記環状側面１１６の他部（外径側の他部）に、第一シール面２１と接触する第二シール面２２を有している。
第一密封環１１は、断面Ｌ字形の環状の部材からなり、筒状の第一部１２５ａと、この第一部１２５ａの端部から径方向外側へ延びている円環状の第二部１２５ｂとを有している。第二部１２５ｂの軸方向外側の一部に円環状となる第一シール面２１が形成されている。また、第一密封環１１の回り止め用の前記爪部（凹部）１３８は、第二部１２５ｂに形成されている。
コイルスプリング１３は、一対で一組となっている第一密封環１１,１１の間に、圧縮された状態で介在している。このため、コイルスプリング１３の弾性復元力によって、第一密封環１１は第二密封環１２側へ向かって軸方向に押され、第一シール面２１と第二シール面２２との間に軸方向の押し付け力が作用する。コイルスプリング１３は、第一シール面２１と第二シール面２２との間を狭めることができる。コイルスプリング１３は周方向に沿って複数設けられており、例えばその数を１２個とすることができる。なお、コイルスプリング１３の数は、メカニカルシール７の径寸法等に応じて変更自在である。
コイルスプリング１３は、流路フランジ１３２に形成されている孔４６に挿入され、この孔４６により保持されている。孔４６は、周方向に沿って複数形成されている。孔４６の数とコイルスプリング１３の数とは同一であり、また、コイルスプリング１３の配置に併せて孔４６が形成されている。なお、コイルスプリング１３の配置については後に説明する。孔４６は、軸方向を孔の深さ方向とした有底孔であってもよく、この場合、突出部流路フランジ１３２の軸方向両側に孔４６が形成され、それぞれの孔４６にコイルスプリング１３が取り付けられる。
コイルスプリング１３は、第一密封環１１,１１を軸方向両側（上下）に向かって押し、この押す力によって、第一シール面２１を、第二密封環１２の第二シール面２２に押し付けることができる。第一シール面２１と第二シール面２２とが軸方向に押し付けあった状態で接触することができ、第一シール面２１が、回転する第二密封環１２の第二シール面２２に摺接して、これらシール面２１,２２の間から流体が漏れるのを防止するシール機能が発揮される。つまり、静止側の第一密封環１１のシール面２１と回転側の第二密封環１２の第二シール面２２との相対回転に伴う摺接作用によりメカニカルシール７のシール機能が発揮される。
一組の第一密封環１１,１１は、スリーブ１１１の外周面との間に隙間を有して設けられており、これら第一密封環１１，１１とスリーブ１１１との間には、円筒状の流路（円筒空間）１５５が形成されている。この円筒状の流路１５５は、スリーブ１１１に形成されている貫通孔１１２と繋がっている。そして、シール面２１,２２による前記シール機能、及びＯリング１１７によるシール機能によって、この流路１５５の流体が外部へ漏れるのを防止している。
更に、一組の第一密封環１１，１１同士の間には、環状の流路１２８が形成されており、この環状の流路１２８は、円筒状の流路１５５と繋がっている。そして、第一密封環１１，１１の第一部１２５ａの外周面と、流路フランジ１３２の突出部１３５の内周面との間には、Ｏリング１２４が設けられており、このＯリング１２４によるシール機能によって、環状の流路１２８の流体が外部へ漏れるのを防いでいる。なお、第一密封環１１，１１は、Ｏリング１２４を介して流路フランジ１３２の突出部１３５に対して軸方向に移動可能な状態で嵌合保持されている。
これにより、第一流路１３３と第二流路１１８との間には、密封された環状の流路１２８及び円筒状の流路１５５が介在しており、これら流路１５５,１２８は、第二流路１１８と第一流路１３３とを繋ぐ流路となる。このように、メカニカルシール７により構成される流路１２８，１５５によって、第一流路１３３と第二流路１１８とが連結され、第一流路１３３、環状の流路１２８、円筒状の流路１５５、及び第二流路１１８により、一つの独立した流体通路１０８が構成される。
以上より、メカニカルシール７は、ケース体２と軸体５との間に形成される環状空間Ａを区画して第一流路１３３と第二流路１１８とを繋ぐ流路（１２８，１５５）を形成することができる。そして、コイルスプリング１３は、第一密封環１１の第二部１２５ｂに沿って周方向に複数（１２個）設けられており、これらコイルスプリング１３によって、第一密封環１１に軸方向力を与えて第一シール面２１を第二シール面２２に対して押し付けることができる。
これにより、軸体５が回転すると、回転方向について静止状態にある第一密封環１１に対して、当該軸体５と共に第二密封環１２は回転し、第一シール面２１と第二シール面２２とが摺接し、これらシール面２１，２２の間から流体が外部へ漏れるのを防ぐことができる。なお、この際、第一シール面２１と第二シール面２２との間には、前記流体が浸入することができ、この流体による潤滑膜が形成される。この潤滑膜によってシール面２１，２２間の摺接状態を良好とし、シール面２１，２２の摺動抵抗を低減することができ、また、シール面２１，２２間における異常摩耗や面荒れ等の不具合の発生を抑制することができる。
〔コイルスプリング１３の配置（その１）について〕
図４は、メカニカルシール７におけるコイルスプリング１３の配置を説明する説明図であり、メカニカルシール７を軸方向から見た場合の図である。図４に示す実施形態では、１２個のコイルスプリング１３が設けられており、これらコイルスプリング１３は同一円上に配置されている。また、これらコイルスプリング１３は、全て同じ構成であり、全て同じ素材からなり、全て同じ弾性特性（ばね定数）を有している。
１２個のコイルスプリング１３は、複数のグループに分けられている。本実施形態では、３つのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３に分けられており、各グループには４個のコイルスプリング１３が含まれる。これらグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、メカニカルシール７の中心線（密封環１１，１２の中心線）上の一点Ｃを中心として、周方向に等間隔で配置されている。つまり、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３は、１２０度毎に配置されている。この１２０度毎の区間は、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３それぞれに含まれる４個のコイルスプリング１３が存在している存在区間Ｍであるのに対して、周方向で隣り合うグループ（存在区間Ｍ）の間には、コイルスプリング１３が存在していない不存在区間Ｎが介在している。つまり、グループＧ１とグループＧ２との間に不存在区間Ｎが介在していて、グループＧ２とグループＧ３との間に不存在区間Ｎが介在していて、グループＧ３とグループＧ１との間に不存在区間Ｎが介在している。
図４の場合、不存在区間Ｎの周方向範囲は、一つのグループ（Ｇ１）に属する端のコイルスプリング１３から、このコイルスプリング１３に最も近い他のグループ（Ｇ２）に属するコイルスプリング１３との間の範囲であり、この周方向範囲は、各グループに含まれる４個のコイルスプリング１３が設けられている存在区間Ｍの周方向範囲よりも広くなっている。つまり、前記一点Ｃを中心とした場合に、不存在区間Ｎに対応する角度θｎは、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３それぞれの存在区間Ｍに対応する角度θｍよりも大きくなっている（θｎ＞θｍ）。なお、グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３それぞれにおけるコイルスプリング１３の配置は、同じであり、角度θｍは全て同じ値である。
グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３それぞれに含まれる４個のコイルスプリング１３は、図５に示す第一密封環１１の一部となる第一領域Ｋ１に接触して軸方向に向かって直接押すことができる。これに対して、不存在区間Ｎに対応する第一密封環１１の他部となる第二領域Ｋ２は、コイルスプリング１３が接触しておらず軸方向に向かって直接押されることがない。なお、図５は、第一密封環１１を軸方向から見た概略図であり、この図５において、第一領域Ｋ１はハッチングが付されている領域であり、それ以外の領域が第二領域Ｋ２である。
そして、第一領域Ｋ１では、４個のコイルスプリング１３の軸方向力を合わせた総軸方向力を受けることによって、比較的大きなひずみが発生する。すなわち、第一シール面２１が徐々に凸形状に移行する。これに対して、第二領域Ｋ２では、コイルスプリング１３の軸方向力を直接受けないため、ひずみは（ほとんど）発生しない。すなわち、第一シール面２１の形状変化が（ほとんど）生じない。ただし、第一領域Ｋ１の第一シール面２１が凸形状に移行することに伴って、相対的に、第二領域Ｋ２の第一シール面２１は徐々に凹形状に移行する。
コイルスプリング１３の周方向ピッチについて説明する。
従来のメカニカルシールでは、図１２に示すようにコイルスプリング９７は周方向に沿って等間隔で配置されている。この従来例の場合のコイルスプリング９７の周方向ピッチをＰ０としている。
これに対して、本実施形態のメカニカルシール７では、図４に示すように、各グループに属する４個のコイルスプリング１３は周方向に沿って等間隔で配置されており、各グループに属する４個のコイルスプリング１３の周方向ピッチＰ１は一定であるが、１２個のコイルスプリング１３全体で見ると不等間隔となっている。
そして、本実施形態では、各グループに属するコイルスプリング１３の周方向ピッチＰ１（図４参照）は、コイルスプリング９７（図１２参照）を全て周方向に沿って等間隔で配置したと仮定した場合における当該コイルスプリング９７の周方向ピッチＰ０よりも小さく設定されている。つまり、Ｐ１＜Ｐ０となっている。
以上のように、本実施形態では、周方向に連続して並ぶ４個のコイルスプリング１３により一つのグループが構成されており、全体で１２個のコイルスプリング１３は３つのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３に区分されている。そして、図４に示すように、第一密封環１１において、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが周方向に沿って交互に存在している。このうち、第一領域Ｋ１は、各グループに属するコイルスプリング１３の軸方向力（総軸方向力）によって第一密封環１１に生じるひずみが大きくなる領域である。これに対して、第二領域Ｋ２は、第一領域Ｋ１よりもひずみが小さくなる領域（ひずみがほとんと発生しない領域）である。
特に本実施形態では、周方向で隣り合うグループの間には、コイルスプリング１３が存在しない不存在区間Ｎが介在していることによって、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが周方向に沿って交互に存在する。このように、各グループに属するコイルスプリング１３の軸方向力（総軸方向力）によって第一密封環１１の第一領域Ｋ１でひずみを大きくさせ、コイルスプリング１３が存在していない不存在区間Ｎによって第一密封環１１の第二領域Ｋ２でひずみを小さくさせる（ひずみをほとんど生じさせないようにする）ことができる。
このメカニカルシール７によれば、前記第一領域Ｋ１と前記第二領域Ｋ２とが、第一密封環１１において周方向に沿って交互に存在していることから、使用状態において、第一密封環１１の第一シール面２１に微小な凹凸が形成され（第一シール面２１が適度に波打ち）、第一密封環１１の第一シール面２１と第二密封環１２の第二シール面２２との間に僅かな隙間が部分的に生じることとなる。なお、この僅かな隙間は、第二領域Ｋ２に対応する部分において生じる。
そして、この隙間に、流体通路１０８（図１参照）を流れる流体の極一部が浸入することができ、この流体によってシール面２１，２２間に潤滑膜が形成されやすくなって、潤滑性能が向上する。
ここで、第一密封環１１は、前記のとおり爪部１３８（図３参照）にドライブピン１３７を係合させることによってケース体２に回り止めされている。そこで、仮に第一密封環１１と第二密封環１２との間の摺動抵抗が大きくなって、第一密封環１１が第二密封環１２と供回りしようとすると、回り止めのための前記爪部１３８に想定外の負荷が作用して破損するおそれがある。しかし、本実施形態では、第一密封環１１にひずみを生じさせることによって、第一密封環１１と第二密封環１２との間において浸入した流体による潤滑膜を形成し、第一密封環１１と第二密封環１２との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することができるため、前記のような破損を防止することが可能となる。
また、仮にシール面２１，２２間の摺動抵抗が大きくなって第二密封環１２の回転が第一密封環１１によって抑制されると、第二密封環１２とスリーブ１１１（図３参照）との間が摺動して、スリーブ１１１の端面１１３を摩耗させたり破損させたり、第二密封環１２とＯリング１１７との間が摺動して、Ｏリング１１７を損傷させたりするおそれがある。しかし、本実施形態では、第一密封環１１と第二密封環１２との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することができるため、このような破損や損傷を防止することが可能となる。
更に、本実施形態のメカニカルシール７によれば、シール面２１，２２に異常摩耗や面荒れ等が発生しにくくなり、シール面２１，２２間における流体の漏れの発生を抑制することが可能となる。
特に、このようなメカニカルシール７を、高温、高圧、高周速等の高負荷条件で使用する場合、従来では、シール面間に介在すべき潤滑膜が気化しやすく潤滑不足となり、これが原因となって、長時間使用していると前記のような各部の損傷等が発生してしまうという不具合がある。特にメカニカルシール７に対する冷却性能が低い場合、前記潤滑膜の気化がより一層生じやすく、前記不具合は発生しやすい。しかし、本実施形態に係るメカニカルシール７によれば、流体によってシール面２１，２２に潤滑膜が形成されやすく、このような不具合の発生を抑制することができる。
更に、本実施形態では、各グループに属するコイルスプリング１３の周方向ピッチＰ１（図４参照）は、コイルスプリング９７（図１２参照）を全て周方向に沿って等間隔で配置したと仮定した場合における当該コイルスプリング９７の周方向ピッチＰ０よりも小さく設定されている（Ｐ１＜Ｐ０）。このため、本実施形態では、各グループにおいてコイルスプリング１３を集中して配置することができ、コイルスプリング１３が存在するグループ（存在区間Ｍ）と、コイルスプリング１３が存在しない不存在区間Ｎとを明確に区分けすることができる。このため、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とを明確にすることができ、前記潤滑膜が形成されやすい構成をより一層効果的に得ることが可能となる。
なお、図４に示す実施形態では、一つのグループに含まれるコイルスプリング１３の数を４個としたが、一つのグループに含まれるコイルスプリング１３の数は、２個以上の所定数であればよく、この所定数は、コイルスプリング１３の全数の１／Ｙ（ただし、Ｙは２以上の整数である）とすればよい。図４の場合、全数が１２個であるのに対して、Ｙ＝３である。つまり、Ｙはグループ数となる。
また、グループの数は変更自在であり、一つのグループに含まれるコイルスプリング１３の数もグループ数に応じて変更される。コイルスプリング１３の全数をＸ個とし、区分するグループの数をＹとすると、各グループに含まれるコイルスプリング１３の数はＸ／Ｙとなる。
例えば、メカニカルシール７の変形例として、図６に示すように、コイルスプリング１３の全数は、図４の場合と同じ１２個であるが、グループの数を２つとしている。この場合、各グループに含まれるコイルスプリング１３の数は６個となる。そして、２つのグループＧ１，Ｇ２は、メカニカルシール７の中心線（密封環１１，１２の中心線）上の一点Ｃを中心として、周方向に等間隔で配置されている。
そして、この図６に示す形態においても、図７に示すように、第一密封環１１において、各グループに属するコイルスプリング１３の軸方向力（総軸方向力）によって生じるひずみが大きくなる第一領域Ｋ１と、この第一領域Ｋ１よりもひずみが小さくなる（ひずみがほとんと発生しない）第二領域Ｋ２とが、周方向に沿って交互に存在する構成となる。
更に、別の変形例として、図８に示すように、コイルスプリング１３の全数は、図４の場合と同じ１２個であるが、グループの数を４つとしている。この場合、各グループに含まれるコイルスプリング１３の数は３個となる。そして、４つのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４は、前記一点Ｃを中心として、周方向に等間隔で配置されている。
そして、この図８に示す形態においても、図９に示すように、第一密封環１１において、各グループに属するコイルスプリング１３の軸方向力（総軸方向力）によって生じるひずみが大きくなる第一領域Ｋ１と、この第一領域Ｋ１よりもひずみが小さくなる（ひずみがほとんと発生しない）第二領域Ｋ２とが、周方向に沿って交互に存在する構成となる。
また、図６に示す形態、及び図８に示す形態それぞれにおいても、周方向で隣り合うグループの間には、コイルスプリング１３が存在しない不存在区間Ｎが介在していることにより、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが、第一密封環１１において周方向に沿って交互に存在する。
また、各グループに属するコイルスプリング１３の周方向ピッチＰ１は、図１２に示すようにコイルスプリング９７を全て周方向に沿って等間隔で配置したと仮定した場合における当該コイルスプリング９７の周方向ピッチＰ０よりも小さく設定されている（Ｐ１＜Ｐ０）。
更に、図４、図６、及び図８に示す実施形態それぞれにおいて、１２個のコイルスプリング１３によって生じる第二密封環１２に対する第一密封環１１の押し付け力は、周方向に不均一となる。このため、全体として、第一密封環１１を第二密封環１２に対して押す力のバランスが偏って、第一密封環１１を第二密封環１２に対して軸方向に沿って直線的に押すことができなくなるようにも考えられる。
しかし、前記各実施形態では、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが、第一密封環１１において周方向に沿って交互に存在しておりかつ複数の第一領域Ｋ１及び複数の第二領域Ｋ２の周方向範囲が各々同一であると共に、各グループに属するコイルスプリング１３による軸方向力の合計（総軸方向力）を、全てのグループで同じとなるように構成されていることから、全体として前記力のバランスがとれたメカニカルシール７が得られる。つまり、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが交互に存在していると共に、各グループに含まれるコイルスプリング１３の数は同じとされ、コイルスプリング１３は全て同じ弾性特性（ばね定数）を有している。例えば、図２の場合、一つのグループに含まれるコイルスプリング１３の数は、４個で統一されている。
このため、一つのグループに属するコイルスプリング１３による総軸方向力が、他のグループに属するコイルスプリング１３による総軸方向力と比べて、極端に大きくなったり小さくなったりするのを防ぐことができ、全体として力のバランスがとれたメカニカルシール７が得られる。この結果、１２個のコイルスプリング１３による第二密封環１２に対する第一密封環１１の押し付け力が周方向に不均一となっていても、これらコイルスプリング１３は、第二密封環１２に対して第一密封環１１を軸方向に沿って直線的に押すことが可能となる。さらに、軸体５（図１参照）の振動（振れ）やケース体２と軸体５との直角度（平行度）のずれ等によって発生する第一密封環１１と第二密封環１２との相対的な位置変動を吸収することができる。
また、図４、図６、及び図８の実施形態に示すように、１２個のコイルスプリング１３は、２以上４以下のグループに区分されているが好ましい。これは、グループの数が４を超えると、ひずみが大きくなる第一領域Ｋ１の影響が、ひずみが小さくなるべき第二領域Ｋ２へ及んで、第二領域Ｋ２におけるひずみが大きくなる傾向にあるためである。この場合、第一密封環１１の第一シール面２１に微小な凹凸が形成されにくく（第一シール面２１が波打ち形状となりにくく）、第一密封環１１の第一シール面２１と第二密封環１２の第二シール面２２との間に、効果的な隙間（部分隙間）が生じ難くなる。これに対して、前記各実施形態のように、２以上４以下のグループに区分されていることで、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが明確になり、シール面２１，２２間に部分隙間を形成しやすくなる。
〔コイルスプリング１３の配置（その２）について〕
図１０は、コイルスプリング１３の他の配置を説明する説明図であり、メカニカルシール７を軸方向から見た場合の図である。図１０に示す実施形態では、１２個のコイルスプリング１３が設けられており、これらコイルスプリング１３は同一円上に配置されており、さらに、周方向に沿って等間隔で配置されている。つまりコイルスプリング１３の周方向ピッチＰは一定である。しかし、これらコイルスプリング１３には、弾性特性（ばね特性）が異なる二種類のコイルスプリング１３が含まれている。なお、コイルスプリング１３の軸方向長さについては全て同じとしている。
１２個のコイルスプリング１３は、複数のグループ（複数でかつ偶数のグループ）に分けられている。本実施形態では、４つのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４に分けられており、各グループには３個のコイルスプリング１３が含まれる。第一のグループＧ１に属する３個のコイルスプリング１３と、第三のグループＧ３に属する３個のコイルスプリング１３とは、すべて同じ弾性特性（ばね特性）を有している。また、第二のグループＧ２に属する３個のコイルスプリング１３と、第四のグループＧ３に属する３個のコイルスプリング１３とは、すべて同じ弾性特性（ばね特性）を有している。
しかし、第一のグループＧ１に属するコイルスプリング１３と、第二のグループＧ２に属するコイルスプリング１３とは、異なる弾性特性（ばね定数）を有しており、第一のグループＧ１に属する各コイルスプリング１３の弾性特性（ばね定数）は、第二のグループＧ２に属する各コイルスプリング１３の弾性特性（ばね定数）よりも大きい。例えば、第一のグループＧ１に属する各コイルスプリング１３の線径は、第二のグループＧ２に属する各コイルスプリング１３の線径よりも大きくなっている。
このため、１２個全てのコイルスプリング１３を、図１に示すように同じ長さに圧縮させた状態で第一密封環１１,１１間に設置した場合、第一のグループＧ１（第三のグループＧ３）に属する３個のコイルスプリング１３が第一密封環１１を押す軸方向力（及びその合計である総軸方向力）は、第二のグループＧ２（第四のグループＧ４）に属する３個のコイルスプリング１３が第一密封環１１を押す軸方向力（及びその合計である総軸方向力）よりも強くなる。
このように、本実施形態では、所定数（３個）のコイルスプリング１３による総軸方向力が強いグループＧ１，Ｇ３と、所定数（同数である３個）のコイルスプリング１３による総軸方向力が弱いグループＧ２，Ｇ４と、が周方向に沿って交互に配置されている。
このため、グループＧ１，Ｇ３それぞれに含まれる３個のコイルスプリング１３は、図１１に示す第一密封環１１の一部となる第一領域Ｋ１を、軸方向に向かって強く押す。これに対して、グループＧ２，Ｇ４それぞれに含まれる３個のコイルスプリング１３は、図１１に示す第一密封環１１の他部となる第二領域Ｋ２を、第一領域Ｋ１の場合よりも、軸方向に向かって弱く押す。
なお、図１１は、第一密封環１１を軸方向から見た図であり、この図１１において、第一領域Ｋ１はハッチングが付されている領域であり、それ以外の領域が第二領域Ｋ２である。
そして、第一領域Ｋ１では、３個のコイルスプリング１３による強い軸方向力を合わせた総軸方向力を受けることによって、比較的大きなひずみが発生するのに対して、第二領域Ｋ２では、３個のコイルスプリング１３による弱い軸方向力を合わせた総軸方向力を受けることによって、第一領域Ｋ２の場合よりも、小さなひずみが発生する。すなわち、第一領域Ｋ１の第一シール面２１の方が第二領域Ｋ２の第一シール面２１よりも形状変化の度合いが大きく、相対的に、前者が凸形状に移行し、後者が凹形状に移行する。
このように、総軸方向力が強いグループＧ１，Ｇ３に属するコイルスプリング１３によって第一密封環１１の第一領域Ｋ１でひずみを大きくさせ、総軸方向力が弱いグループＧ２，Ｇ４に属するコイルスプリング１３によって第一密封環１１の第二領域Ｋ２でひずみを小さくさせることができる。
以上のように、本実施形態では、メカニカルシール７において、周方向に連続して並ぶ３個のコイルスプリング１３により一つのグループが構成されており、全体で１２個のコイルスプリング１３は４つのグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３,Ｇ４に区分されている。そして、図１１に示すように、第一密封環１１において、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが周方向に沿って交互に存在している。このうち、第一領域Ｋ１は、グループＧ１，Ｇ３それぞれに属するコイルスプリング１３の軸方向力（総軸方向力）によって第一密封環１１に生じるひずみが大きくなる領域である。これに対して、第二領域Ｋ２は、グループＧ２，Ｇ４それぞれに属するコイルスプリング１３の軸方向力（総軸方向力）によって、第一領域Ｋ１よりもひずみが小さくなる領域である。つまり、３個のコイルスプリング１３による総軸方向力が強いグループＧ１，Ｇ３と、３個のコイルスプリング１３による総軸方向力が弱いグループＧ２，Ｇ４とが周方向に沿って交互に配置されていることにより、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが、第一密封環１１において周方向に沿って交互に存在する。
このメカニカルシール７によれば、前記第一領域Ｋ１と前記第二領域Ｋ２とが、第一密封環１１において周方向に沿って交互に存在していることから、使用状態において、第一密封環１１の第一シール面２１に微小な凹凸が形成され（第一シール面２１が適度に波打ち）、第一密封環１１の第一シール面２１と第二密封環１２の第二シール面２２との間に僅かな隙間が部分的に生じることとなる。なお、この僅かな隙間は、第二領域Ｋ２に対応する部分において生じる。
そして、この隙間に、流体通路１０８（図１参照）を流れる流体の極一部が浸入することができ、この流体によってシール面２１，２２間に潤滑膜が形成されやすくなって、潤滑性能が向上する。
ここで、第一密封環１１は、前記のとおり爪部１３８（図３参照）にドライブピン１３７を係合させることによってケース体２に回り止めされている。そこで、仮に第一密封環１１と第二密封環１２との間の摺動抵抗が大きくなって、第一密封環１１が第二密封環１２と供回りしようとすると、回り止めのための前記爪部１３８に想定外の負荷が作用して破損するおそれがある。しかし、本実施形態では、第一密封環１１にひずみを生じさせることによって、第一密封環１１と第二密封環１２との間において浸入した流体による潤滑膜を形成し、第一密封環１１と第二密封環１２との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することができるため、このような破損を防止することが可能となる。
また、仮にシール面２１，２２間の摺動抵抗が大きくなって第二密封環１２の回転が第一密封環１１によって抑制されると、第二密封環１２とスリーブ１１１（図３参照）との間が摺動して、スリーブ１１１の端面１１３を摩耗させたり破損させたり、第二密封環１２とＯリング１１７との間が摺動して、Ｏリング１１７を損傷させたりするおそれがある。しかし、本実施形態では、第一密封環１１と第二密封環１２との間の摺動抵抗が大きくなるのを抑制することができるため、このような破損や損傷を防止することが可能となる。
更に、本実施形態のメカニカルシール７によれば、シール面２１，２２に異常摩耗や面荒れ等が発生しにくくなり、シール面２１，２２間における流体の漏れの発生を抑制することが可能となる。
また、本実施形態では、１２個のコイルスプリング１３によって生じる第二密封環１２に対する第一密封環１１の押し付け力は周方向に不均一となる。このため、前記実施形態の場合と同様に、全体として、第一密封環１１を第二密封環１２に対して押す力のバランスが偏って、第一密封環１１を第二密封環１２に対して軸方向に沿って直線的に押すことができなくなるようにも考えられる。
しかし、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが、第一密封環１１において周方向に沿って交互に存在しており、かつ、複数の第一領域Ｋ１及び複数の第二領域Ｋ２の周方向範囲が各々同一であると共に、コイルスプリング１３は当ピッチで配置され、さらに、各グループに含まれるコイルスプリング１３の数は同じ（３個）とされている。このため、全体として力のバランスがとれたメカニカルシール７が得られる。この結果、１２個のコイルスプリング１３による第二密封環１２に対する第一密封環１１の押し付け力が周方向に不均一となっていても、これらコイルスプリング１３は、第二密封環１２に対して第一密封環１１を軸方向に沿って直線的に押すことが可能となる。さらに、軸体５（図１参照）の振動（振れ）やケース体２と軸体５との直角度（平行度）のずれ等によって発生する第一密封環１１と第二密封環１２との相対的な位置変動を吸収することができる。
また、本実施形態においても、１２個のコイルスプリング１３は、２以上４以下のグループに区分されているが好ましい。これは、グループの数が４を超えると、ひずみが大きくなる第一領域Ｋ１の影響が、ひずみが小さくなるべき第二領域Ｋ２へ及んで、第二領域Ｋ２におけるひずみが大きくなる傾向にあるためである。この場合、第一密封環１１の第一シール面２１に微小な凹凸が形成されにくく（第一シール面２１が波打ち形状となりにくく）、第一密封環１１の第一シール面２１と第二密封環１２の第二シール面２２との間に、効果的な隙間（部分隙間）が生じ難くなる。これに対して、前記各実施形態のように、２以上４以下のグループに区分されていることで、第一領域Ｋ１と第二領域Ｋ２とが明確になり、シール面２１，２２間に部分隙間を形成しやすくなる。
〔各実施形態について〕
前記各実施形態において、第一密封環１１、第二密封環１２の材質については特に限定されず、従来から用いられている材質を採用可能であるが、少なくとも第一密封環１１に関しては、ひずみが比較的生じ易いように、金属材と比べて剛性が低い材料とするのが好ましく、例えば、カーボンや、炭化ケイ素（ＳｉＣ）とするのが好ましい。
第一密封環１１と第二密封環１２との双方が、前記のような材質で同じ材質である場合に、従来ではシール面２１，２２間の摺動抵抗の増大が発生しやすいが、異種材質（例えばカーボンと炭化ケイ素）であっても摺動抵抗の増大が発生する。しかし、本実施形態によれば、このような摺動抵抗の増大を抑制することが可能となる。
また、ロータリジョイント１、及びメカニカルシール７は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記各実施形態では、メカニカルシール７が有するコイルスプリング１３の数を１２個としたが、これに限定されず、例えば１２個よりも大きな数であってもよく、１２個よりも小さな数であってもよい。また、メカニカルシール７の数も変更自在である。
１：ロータリジョイント ２：ケース体 ５：軸体
７：メカニカルシール １１：第一密封環 １２：第二密封環
１３：コイルスプリング（弾性部材） ２１：第一シール面 ２２：第二シール面
１１８：第二流路 １２８：流路 １３３：第一流路
１５５：流路 Ａ：環状空間 Ｇ１〜Ｇ４：グループ
Ｋ１：第一領域 Ｋ２：第二領域 Ｎ：不存在領域
Ｐ１：周方向ピッチ Ｐ０：周方向ピッチ

Claims (6)

  1. 内周側で開口する第一流路が形成されている筒形のケース体、前記ケース体内に相対回転可能として設けられ外周側で開口する第二流路が形成されている軸体、及び前記ケース体と前記軸体との間に形成される環状空間に設けられ当該環状空間を区画して前記第一流路と前記第二流路とを繋ぐ流路を形成するためのメカニカルシールを有し、
    前記メカニカルシールは、前記ケース体に取り付けられていると共に環状の第一シール面を軸方向の一方側に有する第一密封環、前記軸体に取り付けられていると共に前記第一シール面に摺接する環状の第二シール面を有する第二密封環、及び前記第一密封環に沿って周方向に複数設けられ当該第一密封環に軸方向力を与えて前記第一シール面を前記第二シール面に対して押し付ける複数の弾性部材を備え、
    前記複数の弾性部材は、周方向に連続して並ぶ所定数の前記弾性部材により構成されるグループに複数区分され、前記第一密封環には、当該グループに属する前記弾性部材の軸方向力によって生じるひずみが大きくなる第一領域と、前記第一領域よりもひずみが小さくなる第二領域とが、周方向に沿って交互に存在していることを特徴とするロータリジョイント。
  2. 周方向で隣り合う前記グループの間には、前記弾性部材が存在しない不存在区間が介在することにより、前記第一領域と前記第二領域とが、前記第一密封環において周方向に沿って交互に存在している請求項１に記載のロータリジョイント。
  3. 前記各グループに属する前記弾性部材の周方向ピッチは、前記複数の弾性部材を周方向に沿って等間隔で配置したと仮定した場合における当該弾性部材の周方向ピッチよりも小さく設定されている請求項２に記載のロータリジョイント。
  4. 前記複数の弾性部材は周方向に沿って等間隔で配置されており、
    前記所定数の弾性部材による総軸方向力が強い前記グループと、前記所定数の弾性部材による総軸方向力が弱い前記グループと、が周方向に沿って交互に配置されていることにより、前記第一領域と前記第二領域とが、前記第一密封環において周方向に沿って交互に存在している請求項１に記載のロータリジョイント。
  5. 前記各グループに含まれる前記弾性部材の数は同じである請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータリジョイント。
  6. 前記複数の弾性部材は、２以上４以下のグループに区分されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータリジョイント。
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